Telomerase, the ribonucleoprotein enzyme that elongates telomeres, is repressed in normal human somatic cells but is reactivated during tumor progression. We report the cloning of a human gene, hEST2, that shares significant sequence similarity with the telomerase catalytic subunit genes of lower eukaryotes. hEST2 is expressed at high levels in primary tumors, cancer cell lines, and telomerase-positive tissues but is undetectable in telomerase-negative cell lines and differentiated telomerase-negative tissues. Moreover, the message is up-regulated concomitant with the activation of telomerase during the immortalization of cultured cells and down-regulated during in vitro cellular differentiation. Taken together, these observations suggest that the induction of hEST2 mRNA expression is required for the telomerase activation that occurs during cellular immortalization and tumor progression.

Previously we described joining of DNA in the β T cell receptor gene to DNA of an uncharacterized locus in a t(7;9)(q34;q34.3) chromosomal translocation from a case of human T lymphoblastic leukemia (T-ALL). We now show that the locus on chromosome 9 contains a gene highly homologous to the Drosophila gene Notch. Transcripts of the human gene, for which we propose the name TAN-1, and its murine counterpart are present in many normal human fetal and adult mouse tissues, but are most abundant in lymphoid tissues. In t(7;9)(q34;q34.3) translocations from three cases of T-ALL, the breakpoints occur within 100 bp of an intron in TAN-1, resulting in truncation of TAN-1 transcripts. These observations suggest that TAN-1 may be important for normal lymphocyte function and that alteration of TAN-1 may play a role in the pathogenesis of some T cell neoplasms.

Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a central regulator of protein synthesis whose activity is modulated by a variety of signals. Energy depletion and hypoxia result in mTOR inhibition. While energy depletion inhibits mTOR through a process involving the activation of AMP-activated protein kinase (AMPK) by LKB1 and subsequent phosphorylation of TSC2, the mechanism of mTOR inhibition by hypoxia is not known. Here we show that mTOR inhibition by hypoxia requires the TSC1/TSC2 tumor suppressor complex and the hypoxia-inducible gene REDD1/RTP801 . Disruption of the TSC1/TSC2 complex through loss of TSC1 or TSC2 blocks the effects of hypoxia on mTOR, as measured by changes in the mTOR targets S6K and 4E-BP1, and results in abnormal accumulation of Hypoxia-inducible factor (HIF). In contrast to energy depletion, mTOR inhibition by hypoxia does not require AMPK or LKB1. Down-regulation of mTOR activity by hypoxia requires de novo mRNA synthesis and correlates with increased expression of the hypoxia-inducible REDD1 gene. Disruption of REDD1 abrogates the hypoxia-induced inhibition of mTOR, and REDD1 overexpression is sufficient to down-regulate S6K phosphorylation in a TSC1/TSC2-dependent manner. Inhibition of mTOR function by hypoxia is likely to be important for tumor suppression as TSC2-deficient cells maintain abnormally high levels of cell proliferation under hypoxia.

Purpose Cisplatin is a chemotherapeutic agent not used routinely for breast cancer treatment. As a DNA cross-linking agent, cisplatin may be effective treatment for hereditary BRCA1-mutated breast cancers. Because sporadic triple-negative breast cancer (TNBC) and BRCA1-associated breast cancer share features suggesting common pathogenesis, we conducted a neoadjuvant trial of cisplatin in TNBC and explored specific biomarkers to identify predictors of response. Patients and Methods Twenty-eight women with stage II or III breast cancers lacking estrogen and progesterone receptors and HER2/Neu (TNBC) were enrolled and treated with four cycles of cisplatin at 75 mg/m 2 every 21 days. After definitive surgery, patients received standard adjuvant chemotherapy and radiation therapy per their treating physicians. Clinical and pathologic treatment response were assessed, and pretreatment tumor samples were evaluated for selected biomarkers. Results Six (22%) of 28 patients achieved pathologic complete responses, including both patients with BRCA1 germline mutations;18 (64%) patients had a clinical complete or partial response. Fourteen (50%) patients showed good pathologic responses (Miller-Payne score of 3, 4, or 5), 10 had minor responses (Miller-Payne score of 1 or 2), and four (14%) progressed. All TNBCs clustered with reference basal-like tumors by hierarchical clustering. Factors associated with good cisplatin response include young age (P = .001), low BRCA1 mRNA expression (P = .03), BRCA1 promoter methylation (P = .04), p53 nonsense or frameshift mutations (P = .01), and a gene expression signature of E2F3 activation (P = .03). Conclusion Single-agent cisplatin induced response in a subset of patients with TNBC. Decreased BRCA1 expression may identify subsets of TNBCs that are cisplatin sensitive. Other biomarkers show promise in predicting cisplatin response.

SIRT6 is a member of a highly conserved family of NAD+-dependent deacetylases with various roles in metabolism, stress resistance, and life span. SIRT6-deficient mice develop normally but succumb to a lethal hypoglycemia early in life; however, the mechanism underlying this hypoglycemia remained unclear. Here, we demonstrate that SIRT6 functions as a histone H3K9 deacetylase to control the expression of multiple glycolytic genes. Specifically, SIRT6 appears to function as a corepressor of the transcription factor Hif1α, a critical regulator of nutrient stress responses. Consistent with this notion, SIRT6-deficient cells exhibit increased Hif1α activity and show increased glucose uptake with upregulation of glycolysis and diminished mitochondrial respiration. Our studies uncover a role for the chromatin factor SIRT6 as a master regulator of glucose homeostasis and may provide the basis for novel therapeutic approaches against metabolic diseases, such as diabetes and obesity.

Hypoxia induces rapid and dramatic changes in cellular metabolism, in part through inhibition of target of rapamycin (TOR) kinase complex 1 (TORC1) activity. Genetic studies have shown the tuberous sclerosis tumor suppressors TSC1/2 and the REDD1 protein to be essential for hypoxia regulation of TORC1 activity in Drosophila and in mammalian cells. The molecular mechanism and physiologic significance of this effect of hypoxia remain unknown. Here, we demonstrate that hypoxia and REDD1 suppress mammalian TORC1 (mTORC1) activity by releasing TSC2 from its growth factor-induced association with inhibitory 14–3–3 proteins. Endogenous REDD1 is required for both dissociation of endogenous TSC2/14–3–3 and inhibition of mTORC1 in response to hypoxia. REDD1 mutants that fail to bind 14–3–3 are defective in eliciting TSC2/14–3–3 dissociation and mTORC1 inhibition, while TSC2 mutants that do not bind 14-3-3 are inactive in hypoxia signaling to mTORC1. In vitro, loss of REDD1 signaling promotes proliferation and anchorage-independent growth under hypoxia through mTORC1 dysregulation. In vivo, REDD1 loss elicits tumorigenesis in a mouse model, and down-regulation of REDD1 is observed in a subset of human cancers. Together, these findings define a molecular mechanism of signal integration by TSC1/2 that provides insight into the ability of REDD1 to function in a hypoxia-dependent tumor suppressor pathway.

Abstract Cancers of origin in the gallbladder and bile ducts are rarely curable with current modalities of cancer treatment. Our clinical application of broad-based mutational profiling for patients diagnosed with a gastrointestinal malignancy has led to the novel discovery of mutations in the gene encoding isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) in tumors from a subset of patients with cholangiocarcinoma. A total of 287 tumors from gastrointestinal cancer patients (biliary tract, colorectal, gastroesophageal, liver, pancreatic, and small intestine carcinoma) were tested during routine clinical evaluation for 130 site-specific mutations within 15 cancer genes. Mutations were identified within a number of genes, including KRAS (35%), TP53 (22%), PIK3CA (10%), BRAF (7%), APC (6%), NRAS (3%), AKT1 (1%), CTNNB1 (1%), and PTEN (1%). Although mutations in the metabolic enzyme IDH1 were rare in the other common gastrointestinal malignancies in this series (2%), they were found in three tumors (25%) of an initial series of 12 biliary tract carcinomas. To better define IDH1 and IDH2 mutational status, an additional 75 gallbladder and bile duct cancers were examined. Combining these cohorts of biliary cancers, mutations in IDH1 and IDH2 were found only in cholangiocarcinomas of intrahepatic origin (nine of 40, 23%) and in none of the 22 extrahepatic cholangiocarcinomas and none of the 25 gallbladder carcinomas. In an analysis of frozen tissue specimens, IDH1 mutation was associated with highly elevated tissue levels of the enzymatic product 2-hydroxyglutarate. Thus, IDH1 mutation is a molecular feature of cholangiocarcinomas of intrahepatic origin. These findings define a specific metabolic abnormality in this largely incurable type of gastrointestinal cancer and present a potentially new target for therapy.

The breast cancer susceptibility gene BRCA1 encodes a protein implicated in the cellular response to DNA damage, with postulated roles in homologous recombination as well as transcriptional regulation. To identify downstream target genes, we established cell lines with tightly regulated inducible expression of BRCA1. High-density oligonucleotide arrays were used to analyze gene expression profiles at various times following BRCA1 induction. A major BRCA1 target is the DNA damage-responsive gene GADD45. Induction of BRCA1 triggers apoptosis through activation of c-Jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase (JNK/SAPK), a signaling pathway potentially linked to GADD45 gene family members. The p53-independent induction of GADD45 by BRCA1 and its activation of JNK/SAPK suggest a pathway for BRCA1-induced apoptosis.

Abstract PARP inhibitors are active in tumors with defects in DNA homologous recombination (HR) due to BRCA1/2 mutations. The phosphoinositide 3-kinase (PI3K) signaling pathway preserves HR steady state. We hypothesized that in BRCA-proficient triple-negative breast cancer (TNBC), PI3K inhibition would result in HR impairment and subsequent sensitization to PARP inhibitors. We show in TNBC cells that PI3K inhibition leads to DNA damage, downregulation of BRCA1/2, gain in poly-ADP-ribosylation, and subsequent sensitization to PARP inhibition. In TNBC patient–derived primary tumor xenografts, dual PI3K and PARP inhibition with BKM120 and olaparib reduced the growth of tumors displaying BRCA1/2 downregulation following PI3K inhibition. PI3K-mediated BRCA downregulation was accompanied by extracellular signal–regulated kinase (ERK) phosphorylation. Overexpression of an active form of MEK1 resulted in ERK activation and downregulation of BRCA1, whereas the MEK inhibitor AZD6244 increased BRCA1/2 expression and reversed the effects of MEK1. We subsequently identified that the ETS1 transcription factor was involved in the ERK-dependent BRCA1/2 downregulation and that knockdown of ETS1 led to increased BRCA1/2 expression, limiting the sensitivity to combined BKM120 and olaparib in 3-dimensional culture. Significance: Treatment options are limited for patients with TNBCs. PARP inhibitors have clinical activity restricted to a small subgroup of patients with BRCA mutations. Here, we show that PI3K blockade results in HR impairment and sensitization to PARP inhibition in TNBCs without BRCA mutations, providing a rationale to combine PI3K and PARP inhibitors in this indication. Our findings could greatly expand the number of patients with breast cancer that would benefit from therapy with PARP inhibitors. On the basis of our findings, a clinical trial with BKM120 and olaparib is being initiated in patients with TNBCs. Cancer Discov; 2(11); 1036–47. ©2012 AACR. Read the Commentary on this article by Rehman et al., p. 982. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 961

We identified REDD1 as a novel transcriptional target of p53 induced following DNA damage. During embryogenesis, REDD1 expression mirrors the tissue-specific pattern of the p53 family member p63, and TP63 null embryos show virtually no expression of REDD1, which is restored in mouse embryo fibroblasts following p63 expression. In differentiating primary keratinocytes, TP63 and REDD1 expression are coordinately downregulated, and ectopic expression of either gene inhibits in vitro differentiation. REDD1 appears to function in the regulation of reactive oxygen species (ROS); we show that TP63 null fibroblasts have decreased ROS levels and reduced sensitivity to oxidative stress, which are both increased following ectopic expression of either TP63 or REDD1. Thus, REDD1 encodes a shared transcriptional target that implicates ROS in the p53-dependent DNA damage response and in p63-mediated regulation of epithelial differentiation.